(57)【要約】【課題】 外部荷重を簡単な処理で適切に求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  センサ装置2は、固定側軌道部材3の頂部において軸方向内側および外側に設けられかつ玉5A,5Bの通過時間を求めるＡＥセンサTi,Toと、固定側軌道部材3の底部において軸方向内側および外側に設けられかつ玉5A,5Bの通過時間を求めるＡＥセンサBi,Boと、各センサTi,To,Bi,Boから得られた通過時間を使用して外部荷重を演算する処理手段21とを備えている。処理手段21では、各センサTi,To,Bi,Boから得られた通過時間をたすき掛け演算によって処理している。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された複列の転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
センサ装置は、固定側軌道部材の周方向に１８０°離れた第１位置および第２位置の２箇所において軸方向内側および外側に設けられかつ転動体の通過時間を求める通過時間検知センサと、各センサから得られた通過時間を使用して外部荷重を演算する処理手段とを備え、処理手段は、内側第１位置および外側第２位置に設けられた通過時間検知センサの出力を加算する第１加算部と、外側第１位置および内側第２位置に設けられた通過時間検知センサの出力を加算する第２加算部と、第１加算部における演算結果Ｓ１がＳ１＝０のとき第２加算部における演算結果Ｓ２から外部荷重を求め、第２加算部における演算結果Ｓ２がＳ２＝０のとき第１加算部における演算結果Ｓ１から外部荷重を求める外部荷重演算部とを有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受とその各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニット（転がり軸受）に、センサ装置を設けることが提案されている。従来のセンサ装置は、ＡＢＳに必要な車軸の回転速度などを求めるものが主であったが、車両制御をより一層精度良く行うため、タイヤ接地荷重の検出が新たな課題となっている。
【０００３】
特許文献１には、センサ付き転がり軸受装置のセンサとして、ＡＥセンサを転動体近傍に配置することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２３２３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、荷重検出用センサとしてＡＥセンサを使用することが考えられるが、ＡＥセンサで得られた出力から荷重検知を行うための手法が確立されておらず、特に、センサ設置位置と荷重の方向との組み合わせによっては、外部荷重がかかっているにもかかわらず、センサの出力がゼロ（「荷重の抜け」と称す）になり、適切に荷重を求めることができないという問題があった。このような問題は、ＡＥセンサに限られるものではなく、荷重の抜けなどの問題を解消して外部荷重を求めることがセンサ付き転がり軸受装置では重要な課題となっている。
【０００５】
この発明の目的は、外部荷重を簡単な処理で適切に求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された複列の転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、センサ装置は、固定側軌道部材の周方向に１８０°離れた第１位置および第２位置の２箇所において軸方向内側および外側に設けられかつ転動体の通過時間を求める通過時間検知センサと、各センサから得られた通過時間を使用して外部荷重を演算する処理手段とを備え、処理手段は、内側第１位置および外側第２位置に設けられた通過時間検知センサの出力を加算する第１加算部と、外側第１位置および内側第２位置に設けられた通過時間検知センサの出力を加算する第２加算部と、第１加算部における演算結果Ｓ１がＳ１＝０のとき第２加算部における演算結果Ｓ２から外部荷重を求め、第２加算部における演算結果Ｓ２がＳ２＝０のとき第１加算部における演算結果Ｓ１から外部荷重を求める外部荷重演算部とを有していることを特徴とするものである。
【０００７】
固定側軌道部材の周方向に１８０°離れた第１位置および第２位置としては、例えば、固定側軌道部材の頂部および底部とされることがあり、また、固定側軌道部材の前部および後部とされることがある。
【０００８】
外部荷重と転動体接触面積との間には相関関係があり、また、転動体接触面積が分かれば、転動体の通過時間を求めることができる。したがって、転動体の通過時間から外部荷重を求めることができる。
【０００９】
転がり軸受の回転に伴って、転動体は公転し、固定側軌道部材のある位置では、転がり軸受の接触および離脱（非接触）が繰り返される。転動体の通過時間は、転動体が固定側軌道部材に接触してから離脱するまでの時間として通過時間検知センサによって求められる。通過時間検知センサとしては、例えば、ＡＥセンサが適しており、また、振動センサや超音波センサも好適に使用できる。
【００１０】
内側第１位置、外側第１位置、内側第２位置および外側第２位置に設けられた計４つのセンサは、第１位置にあるもの同士または内側にあるもの同士を加算または平均するのではなく、たすき掛け演算される。すなわち、内側第１位置および外側第２位置に設けられたセンサの出力が加算され（演算結果Ｓ１）、外側第１位置および内側第２位置に設けられたセンサの出力が加算される（演算結果Ｓ２）。そして、外部荷重演算部においては、演算結果Ｓ１および演算結果Ｓ２がゼロかどうかを判定し、Ｓ１＝０のとき第２加算部における演算結果Ｓ２を使用して外部荷重を求め、Ｓ２＝０のとき第１加算部における演算結果Ｓ１を使用して外部荷重を求める。
【００１１】
例えば、通過時間検知センサを固定側軌道部材の頂部および底部に設けた場合、タイヤに横Ｇ（進行方向に直角の方向の荷重）が作用すると、この力によるモーメントが回転側軌道部材に作用して転動体の接触面積が変化することで、各センサで得られる転動体通過時間が変化する。モーメントの方向によって、荷重が増加する位置（荷重を測定すべき位置）にあるセンサと荷重の抜けが生じる位置（転動体の接触面積がゼロになり測定できない位置）にあるセンサとが生じ、外向きの横Ｇに対しては、頂部内側センサおよび底部外側センサが設けられている箇所の転動体接触面積がゼロ（このときは、頂部外側センサおよび底部内側センサが設けられている箇所の転動体接触面積は正の値）であり、内向きの横Ｇに対しては、頂部外側センサおよび底部内側センサが設けられている箇所の転動体接触面積がゼロ（このときは、頂部内側センサおよび底部外側センサが設けられている箇所の転動体接触面積は正の値）である。したがって、出力がゼロとなるのがどちらの組かを見ることによって、横Ｇの方向を知ることができ、出力がゼロとならない方の組の出力から横Ｇの増加量を求めることができる。
【００１２】
なお、通過時間検知センサを固定側軌道部材の前部および後部に設けた場合、タイヤに作用する前後Ｇ（進行方向の荷重）を求めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のセンサ転がり軸受ユニットによると、外部荷重がかかっているにもかかわらずセンサの出力がゼロになるという荷重の抜けの問題が明確かつ簡単な処理によって解消され、これにより、外部荷重を適切に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００１６】
このセンサ付き転がり軸受装置は、センサ付きハブユニットとして使用されるもので、ハブユニット(1)と、ハブユニット(1)に作用する荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００１７】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、および両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5A)(5B)を備えている。
【００１８】
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体側部分）にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。
【００１９】
回転側軌道部材(4)は、内軸(14)と、内軸(14)の左端部近くの外径に嵌め止められた内輪(15)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪（タイヤ）を取り付けるための複数のボルトが固定されるフランジ部(16)が設けられている。
【００２０】
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)の頂部において軸方向内側に設けられかつ内列の玉(5A)の通過時間を求める通過時間検知センサ(Ti)と、固定側軌道部材(3)の頂部において軸方向外側に設けられかつ外列の玉(5B)の通過時間を求める通過時間検知センサ(To)と、固定側軌道部材(3)の底部において軸方向内側に設けられかつ内列の玉(5A)の通過時間を求める通過時間検知センサ(Bi)と、固定側軌道部材(3)の底部において軸方向外側に設けられかつ外列の玉(5B)の通過時間を求める通過時間検知センサ(Bo)と、各センサ(Ti)(To)(Bi)(Bo)から得られた通過時間を使用して外部荷重を演算する処理手段（図４参照）とを備えている。
【００２１】
通過時間検知センサ(Ti)(To)(Bi)(Bo)としては、ＡＥセンサが使用されている。
【００２２】
処理手段(21)は、図４に示すように、頂部内側および底部外側に設けられた通過時間検知センサ(Ti)(Bo)の出力を加算する第１加算部としての加算器(22)と、頂部外側および底部内側に設けられた通過時間検知センサ(To)(Bi)の出力を加算する第２加算部としての加算器(23)と、第１加算部(22)および第２加算部(23)の演算結果から外部荷重を求める外部荷重演算部(24)とを有している。
【００２３】
図２は、頂部に位置する玉（Ｎｏ．１）と、底部に位置する（玉が奇数個とされているのでＮｏ．１の玉に対向する位置を挟む位置にある）２つの玉（Ｎｏ．７およびＮｏ．８）とについて、軸方向内向きに横Ｇが作用したとき、その接触面積を求めたもので、図２（ａ）は、内列の玉(5A)の接触面積、図２（ｂ）は、外列の玉(5B)の接触面積をそれぞれ示している。同図から、横Ｇと各玉(5A)(5B)の接触面積とは、相関関係があり、接触面積を検知することにより、横Ｇを求めることが可能であることが分かる。さらに、軸方向内向きに横Ｇが作用した場合には、頂部内側のセンサ(Ti)は、玉(5A)の接触面積の変化を検知することができるが、頂部外側のセンサ(To)は、玉(5B)の接触面積の変化を検知することができないこと、また、底部外側のセンサ(Bo)は、玉(5B)の接触面積の変化を検知することができるが、底部内側のセンサ(Bi)は、玉(5A)の接触面積の変化を検知することができないことが分かる。
【００２４】
また、図３は、図２において求めた接触面積を使用して各玉(5A)(5B)の通過時間を求め、この通過時間と横Ｇとの関係を示したものである。通過時間を求めるに際しては、接触面積の変化を検知することができるＮｏ．１の内側とＮｏ．７およびＮｏ．８の外側とを平均（すなわちたすき掛け演算）している。この結果から、通過時間を求めることで、横Ｇを極めて精度良く求めることが可能なことが分かる。
【００２５】
処理手段(21)は、上記知見に基づいて横Ｇを求めるもので、その外部荷重演算部(24)では、第１加算部(22)における演算結果Ｓ１がＳ１＝０のとき、第２加算部(23)における演算結果Ｓ２から外部荷重としての横Ｇが求められ、第２加算部(23)における演算結果Ｓ２がＳ２＝０のとき、第１加算部(22)における演算結果Ｓ１から外部荷重としての横Ｇが求められている。
【００２６】
ハブユニット(1)に横Ｇが作用すると、図３に示したように、各玉(5A)(5B)の通過時間が変化し、この通過時間は、頂部内側および底部外側に設けられた通過時間検知センサ(Ti)(Bo)の組か頂部外側および底部内側に設けられた通過時間検知センサ(To)(Bi)の組かのどちらか一方で正の値として検出され、他方ではゼロとして検出される。したがって、予めハブユニット(1)に作用する横Ｇと第１加算部(22)および第２加算部(23)の出力との関係式を求めておくことにより、４つのセンサ(Ti)(To)(Bi)(Bo)の出力から横Ｇを簡単かつ適切に求めることができる。
【００２７】
なお、センサの数および設置位置は、求める荷重に応じて適宜変更される。例えば、図１に示すように、センサの数を４つとして頂部および底部に配置した場合、上述したように横Ｇの方向および大きさが求まり、センサの数を４つとして前部および後部に配置した場合には、前後Ｇの方向および大きさが求まる。両者を合わせて、センサの数を８つとして頂部、底部、前部および後部のすべてに配置した場合には、横Ｇおよび前後Ｇの両方を求めることができる。
【００２８】
なお、上記においては、センサ付きハブユニットについて説明したが、上記センサ装置は、ハブユニット以外の複列の転がり軸受に一体化して使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、転がり軸受の玉の接触面積と外部荷重との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、転がり軸受の玉の通過時間と外部荷重との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、センサ装置の処理手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
(1)               転がり軸受（ハブユニット）
(2)               センサ装置
(3)               固定側軌道部材
(4)               回転側軌道部材
(5A)(5B)          玉（転動体）
(Ti)(To)(Bi)(Bo)  通過時間検知センサ（ＡＥセンサ）
(21)              処理手段
(22)              第１加算部
(23)              第２加算部
(24)              外部荷重演算部
【図１】
2006283827.tif 000003
【図２】
2006283827.tif 000004
【図３】
2006283827.tif 000005
【図４】
2006283827.tif 000006